北京
這種傳感器比傳統探針更能耐受輻射和電磁干擾。
一支美國研究團隊開發出了一種基于激光的微型晶體傳感器，能夠在一些最嚴苛的環境中追蹤強磁場，并提升未來聚變發電廠的診斷能力。
該傳感器由桑迪亞國家實驗室的團隊研制，使用的是一塊鉛筆橡皮大小的稀土石榴石晶體。這種設備能在通常使傳統磁場傳感器不堪重負的條件下正常運行。
這些條件包括強輻射、電磁干擾和聚變等離子體。該傳感器已提交參與2026年“研發100大獎”評選，這是一項每年評選全球百項最具創新性技術的競賽。
桑迪亞物理學家、傳感器共同發明人伊斯雷爾·歐文斯博士指出，團隊對進展感到滿意。他強調：“我們認為這項技術在磁場測量方面是相當大的進步，尤其對聚變、高能物理和電力公用事業行業的研究將不可或缺。”
傳感器內部
該設備使用一個小型激光器、一個稀土石榴石晶體、兩個濾光片和一個光探測器。激光穿過晶體時，其偏振方向會發生旋轉。當處于磁場中，旋轉量會隨之改變，從而使傳感器能夠精確測量磁場強度。
據桑迪亞實驗室介紹，這些晶體由鋱鈧鋁石榴石（TSAG）和鋱鎵石榴石（TGG）等稀土材料制成。它們之所以非常適合測量磁場，是因為其光學特性會隨電磁力發生變化。
研究人員從2021年開始開發這種傳感器，目標是改進Z機器內部的測量。Z機器是世界上最強大的實驗室輻射源，用于基礎科學研究、磁化套筒慣性聚變研究以及國家安全應用。
團隊在桑迪亞的“高能輻射兆伏電子源III”（HERMES III）和“短脈沖高強度納秒X射線輻射器”（SPHINX）上對傳感器進行了測試。該設備在性能上與傳統磁場傳感器不相上下，同時在嚴苛環境中提供了更加一致的測量結果。
歐文斯表示，這種傳感器更精確，并且能在傳統傳感器失效的地方運行。“我們在SPHINX上做了大量測試，發現統計數據的離散程度比傳統傳感器更低。”他補充道。
聚變發電工具
據該團隊介紹，這種基于石榴石的傳感器無需像傳統傳感器那樣頻繁校準與維護，有助于降低運行成本。由于它是電絕緣體而非金屬，也避免了在強輻射環境中可能影響電子探針的那些問題。
這項技術對聚變能源研究可能尤為重要，因為聚變研究需要利用強磁場來約束超高溫等離子體。精確監測這些磁場，對理解等離子體行為、維持反應堆穩定運行至關重要。
歐文斯說，該傳感器最終或許能在等離子體環境中正常工作，而在那里，傳統金屬傳感器會短路，光纖傳感器也會因輻射暴露而性能下降。他在一份聲明中指出：“我們的技術具有獨一無二的能力，可在傳統傳感器會短路的地方運行。”
不過，這項技術仍處于開發階段。在空氣和真空中成功測試后，桑迪亞團隊已開始評估該傳感器在低密度等離子體中的表現，并最終計劃在商用聚變系統所需的高密度等離子體條件下進行測試。
桑迪亞輻射與電氣科學中心主任布萊恩·奧利弗強調了該傳感器的重要性。“磁光傳感器技術是一種顛覆性的診斷手段，適用于在惡劣的輻射和電磁環境中測量變化磁場，”他總結道。團隊已于去年12月獲得專利，目前一家公司已取得該技術許可。
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